Силы обеих сторон были развёрнуты в полосе более 400 км от Чёрного моря до озера Ван. Турецкие соединения были в основном сосредоточены на Ольтынском и Сарыкамышском направлениях и прикрывали кратчайшие пути к крепости Эрзурум – важнейшей базе снабжения войск, узлу транспортных коммуникаций северных областей Турции. Сама крепость была хорошо защищена горной местностью, что затрудняло проведение там широкомасштабных операций, особенно в зимних условиях.
Тем не менее командующий Кавказской армией и его штаб всё более склонялись к переходу войск в наступление не позже второй половины января 1916 года. План Эрзурумской операции был разработан – упор делался на внезапность и тщательность подготовки войск.
Наступление начала армейская группа прорыва. Эта группа, как и предусматривалось замыслом генерала Юденича, вступила в бой на рассвете 30 декабря. Её 12 батальонов при 18 орудиях и сотней под командованием генерала Волошина-Петриченко получили задачу овладеть горой Кузу-чан, а затем наступать на селение Шербаган и захватить его. За первые пять дней января 1916 года русские войска захватили гору Кузу-чан, перевал Карачлы, крепость Календер и ряд других пунктов. Бои носили ожесточённый характер. Русские несли значительные потери, истощались резервы. Не в лучшем положении пребывали и турки. Уже к вечеру 1 января русская разведка установила, что почти все части из резерва 3-й турецкой армии были введены в сражение для поддержки первых эшелонов.
5 января Сибирская казачья бригада и 3-й Черноморский казачий полк подошли к Хасан-кала. На следующий день они атаковали турецкий арьергард на ближних подступах к фортам Эрзурумских укреплений.
Основу Эрзурумского укреплённого района составлял естественный рубеж высотой 2200–2400 м над уровнем моря, отделявший Пассинскую долину от Эрзурумской. На горном хребте располагалось 11 хорошо подготовленных фортов, которые размещались в две линии. Другие подступы к крепости также прикрывались отдельными укреплениями. Протяжённость горной оборонительной линии составляла 40 км.
Овладеть Эрзурумом с ходу было невозможно – для штурма требовалось большое количество боеприпасов. Особенно остро ощущался недостаток в ружейных патронах. В целом Эрзурумская крепость представляла собой довольно обширную укреплённую позицию, развёрнутую фронтом на восток с прикрытыми флангами. Её уязвимым местом были тыловые обводы. Через них город мог блокировать любой противник, проникший на Эрзурумскую равнину.